Grande Encyclopédie Larousse 1971-1976Éd. 1971-1976
A

aérodynamique

Étude de l’écoulement de l’air autour d’un corps en mouvement.



Principes

C’est une science essentiellement expérimentale, tirant ses lois de l’observation de nombreux essais en laboratoire, comparés aux résultats obtenus en vol réel. Elle utilise les théories de la mécanique des fluides, qui définit les lois théoriques déterminant le comportement des fluides liquides ou gazeux. Les études aérodynamiques sur maquette permettent de prédire les caractéristiques de l’écoulement de l’air autour de l’appareil réel. En partant des résultats prévus par cette étude préalable, la mécanique du vol pourra préciser ce que seront les performances et les qualités de vol de l’appareil étudié. L’aérodynamique s’intéresse aux phénomènes généraux tels que couche limite, viscosité, turbulence, décollements, ondes de choc et définit les conditions de similitude à respecter au cours des essais entre la maquette et le corps réel pour que les résultats soient valables. Elle étudie d’abord l’écoulement sur des corps simples (plaque plane, corps de révolution, sphère, etc.), ce qui permet de dégager des lois générales, puis elle passe au cas des corps complexes comme des maquettes d’aile ou d’avion.

Visualisation des écoulements d’air

Le premier procédé a consisté à fixer un fil de soie au bout d’une fine baguette que l’on déplace près de la surface du corps à étudier : le fil se place parallèlement aux trajectoires des molécules matérialisant ainsi les filets d’air. Un perfectionnement consiste à émettre par une série de petits trous, percés dans un tube d’amenée, des filets de fumée qui matérialisent les trajectoires des molécules d’air. En éclairant fortement ces fumées, on peut effectuer des photographies très nettes de l’écoulement. Des filets colorés peuvent améliorer encore l’observation. Pour déceler des décollements de la couche limite, on peut encore utiliser des peintures spéciales ayant la propriété de changer de couleur au contact d’un gaz particulier. On peint la zone à étudier et on émet le gaz en aval de la zone peinte ; s’il y a décollements, il se produit des écoulements de retour qui remontent vers l’amont en entraînant le gaz : les points où naissent les décollements sont ainsi décelés. On peut aussi visualiser les champs de pression autour d’un corps ; on utilise pour cela des méthodes optiques fondées sur la variation de l’indice de réfraction de l’air en fonction de la pression. Dans la méthode des ombres, on éclaire isolément la maquette ; s’il y a variation d’indice de réfraction, les rayons lumineux seront déviés à l’endroit où se produit cette variation ; les rayons lumineux sont envoyés de l’autre côté de la maquette, sur un écran où l’on verra l’ombre de la zone déviatrice. Les ondes de choc sont bien mises en évidence. D’autres méthodes font appel à la strioscopie, à l’interférométrie, etc.

Couche limite

C’est la couche d’air au contact direct d’un corps en déplacement dans l’air et dans laquelle on constate une variation des vitesses d’écoulement plus faibles que la vitesse de déplacement du corps. La viscosité de l’air explique cette anomalie : les molécules d’air au contact du revêtement sont immobiles ; elles freinent l’écoulement des molécules voisines, celles-ci à leur tour réagissant sur la tranche adjacente et ainsi de suite jusqu’à une certaine distance du revêtement où la vitesse de l’écoulement égale celle du déplacement. L’épaisseur de cette couche limite est variable ; normalement de 3 à 5 mm, elle peut atteindre, dans certaines conditions, plusieurs centimètres. Tout se passe comme si le corps en mouvement était en quelque sorte enrobé dans un manteau d’air plus ou moins au repos. Tant que la vitesse de l’écoulement autour d’un profil va en augmentant, ce qui est le cas en avant du maître couple du fuselage ou de la plus grande épaisseur du profil d’aile, la couche limite reste mince ; l’écoulement est régulier, et il est dit laminaire. Mais, dès que l’écoulement se ralentit derrière le maître couple, la couche limite s’épaissit, de petits décollements se produisent, l’écoulement devient turbulent et la traînée augmente. Le point où l’écoulement de laminaire devient turbulent est appelé point de transition. On a évidemment cherché à reculer le plus possible ce point de transition en dessinant des profils à maître couple reculé ; le chasseur américain « Mustang », dont les performances à l’époque ont étonné le monde, fut l’un des premiers avions équipés de ce type de profil, appelé profil laminaire. On a également essayé de diminuer la traînée en « aspirant » la couche limite au moyen de fentes pratiquées dans l’aile, ou en la « soufflant » pour la rendre laminaire là où les décollements apparaissent. Mais les difficultés pratiques d’emploi sont telles qu’aucun avion ainsi dessiné n’a été construit en série jusqu’à ce jour. Sur les avions supersoniques, la couche limite sur le fuselage peut atteindre plusieurs centimètres à la hauteur des entrées d’air latérales des réacteurs ; pour éviter qu’elle ne freine l’écoulement à l’intérieur de l’entrée d’air, il faut décoller nettement les manches d’admission des flancs du fuselage. On évite cet ennui en disposant des plaques métalliques appelées pièges à couche limite près de l’entrée d’air.


Aérodynamique de l’aile

Pour chaque régime d’écoulement, subsonique et supersonique, et aussi dans le régime transsonique, on s’attache à relier les paramètres géométriques principaux aux résultats pour en déterminer l’influence. La forme de l’aile selon une section parallèle au sens de l’écoulement de l’air est capitale : le dessin de cette section est appelé profil de l’aile. On étudie aussi la forme en plan de l’aile, qui a une très grande importance. On examine également les divers moyens de modifier le profil d’aile, par le jeu de volets, afin d’en faire varier les caractéristiques.